[发明专利]辐射半导体及半导器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种辐射的波导技术，尤其是一种辐射半导体技术。

背景技术：

首先说明，辐射半导体是现代光学、传热学以及光学材料的结晶，是人们还不了解的一种新科技、新领域。它的原理与热力学第二定律有矛盾，说明热力学第二定律与现代光学、传热学的基本定律、基本定理及光学材料有矛盾。

热力学第二定律是热动学的经验、实验总结，总结出当时技术不可能做到的多种说法，例如低温物体不可能向高温物体传递热量，不可能制造出第二类永动机等等。后人以热动传热及角系数有互换性的辐射传热进行研究，证明这些说法正确。但是，人们对辐射还不十分了解，在哲理上，热力学第二定律不应该包括所有的辐射传热，过早肯定辐射不可能存在与它矛盾的未知领域未免太唐突。现代光学、传热学证明，非对称渐变折射率透射介质的辐射角系数没有互换性，能够不产生其它变化地把低温物体的热量以辐射的形式自动地传递到高温物体，是辐射半导体，是新科技、新领域。热力学第二定律否定现代光学、传热学，否定确实存在的辐射半导体是不可能的。

辐射是物质，是一种能量形式，热辐射是所有物体的固有属性。物体传热是热力学的不平衡过程。热动传热依靠热力学温度梯度，用物体接触的宏观运动和微观粒子热运动的形式传热，不能通过真空传递热量。辐射传热是依靠电磁波，用热能-辐射能-热能的形式在真空、介质中传递热量，物体不必接触，因此热动传热与辐射传热有本质的不同。

所有物体都不断地向外发出热辐射，同时又不断地吸收其它物体的热辐射，两者交流热辐射的差额即是物体之间的辐射换热量。单纯以辐射换热的系统，向外发出热辐射与吸收热辐射相等处于热平衡，向外发出的热辐射大于吸收的热辐射温度降低，反之温度升高。物体温度越高辐射能力越强，温度相同，物体的性质和表面状况不同辐射能力不同，介质对不同波长的辐射透射、折射、反射、吸收等都不相同，所以温度不是辐射能力、辐射换热的唯一决定因素，在纯辐射换热系统中，诸多因素都影响一个表面的辐射到达另一个表面的份额，影响辐射能流密度、能流率和温度的分布。

单一热源中的微观粒子不断地相互交流自发辐射的能量子，辐射量子和吸收量子处于平衡状态。在光学器件中，导光系统、聚集系统等光学系统可以引导、聚集光辐射，但是，不管是端面直接耦合、楔状薄膜耦合、楔状光纤耦合、光栅耦合、陵镜耦合的器件还是其它任何光学器件，都不能像电子半导体整流交流电那样，整流单一热源中微观粒子相互交流的量子，在单一热源中利用单一热源的热量做功，不能把低温物体的热量自动地聚集、输送到高温物体。

自发辐射是量子，是能量。当几何因素、介质因素使封闭腔敞开面的辐射角系数没有互换性，自动维持单一热源与敞开面交流量子的不平衡状态，辐射从一个敞开面到达另一个敞开面的份额大于逆向辐射到达份额，即可以使封闭腔形成辐射半导体。因此，封闭腔使低温物体以辐射的形式向高温物体传热的前提是，敞开面辐射角系数必须没有互换性。

表面A_i的辐射中直接到达表面A_j的辐射份额称为角系数，用表示。等温黑体、灰漫的表面换热，有效辐射均匀，能够忽略介质因素、几何因素的作用和影响，两个表面辐射换热的角系数有互换性：。

现代科技可以使角系数没有互换性：

1、渐变折射率(GI)介质分为对称渐变折射率(Symmetric graded index，SGI)介质和非对称渐变折射率(Non-symmetric gradient refractive index，NGI)介质，NGI介质又分为反射NGI介质和透射NGI介质。SGI介质应用于角系数有互换性的通信光纤波导，能够最大程度地减小色散、减少传输损耗、增加通信容量，具有优越的特性，得到了深入研究和推广应用。NGI在通信光纤波导中不能与SGI比拟，因此被长期忽视。

与通信光纤波导不同，低温物体向高温物体以辐射的方式传递热量，角系数必须没有互换性，这正好是NGI的特长，SGI无可比拟。根据费马原理，在GI介质中，光线的行进轨迹总是从低折射率区弯向高折射率区。透射NGI，尤其是多层重叠的透射NGI，对光线定向引导作用特别强，使辐射从低折射率A_i到达高折射率A_j的份额显著大于从A_j到达A_i的份额，A_i与A_j的辐射角系数没有互换性，NGI透射介质是辐射半导体。

NGI是辐射半导体可以这样简单理解：